Des cellules pérovskites stables à haute température

Des scientifiques de l’EPFL, de l’Université de Toronto et de l’Université du Kentucky ont trouvé un moyen d’améliorer considérablement la stabilité opérationnelle à haute température des cellules photovoltaïques à pérovskites, une condition nécessaire à leur utilisation dans les réseaux électriques de térawatts.

Les cellules photovoltaïques à pérovskites (PSC) sont au centre de l’attention en raison de leur rendement de conversion de puissance élevé et de leur traitement peu coûteux. Toutefois, garantir leur stabilité à haute température est un défi, car les points de contact entre les différentes couches («interfaces») peuvent se dégrader, d’où une perte d’énergie et une diminution des performances.

Dans une récente étude, des chercheuses et chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient réduire la dégradation des PSC à haute température en utilisant des aniliniums fluorés, une classe de composés utilisés dans les produits pharmaceutiques et agrochimiques ainsi que dans la science des matériaux.

Cette étude a été menée par Michael Grätzel de l’EPFL, Edward Sargent de l’Université de Toronto et Kenneth Graham de l’Université du Kentucky. Elle a été publiée dans la revue Science.

Les chercheuses et chercheurs ont incorporé des halogénures d’anilinium fluorés pendant l’étape de «passivation interfaciale» de la fabrication des PSC. La passivation interfaciale est une technique permettant d’améliorer la stabilité et les performances des interfaces entre différentes couches ou matériaux afin de réduire les défauts et la recombinaison des charges, et d’améliorer l’efficacité et la stabilité globales.

L’ajout des halogénures d’aniliniums fluorés a amélioré la stabilité des PSC en évitant l’insertion progressive des molecules de surfactant utilisées actuellement pour la passivation des interfaces.. Cela a empêché la pénétration continue desdites molécules dans la structure du matériau pérovskite, qui détruit l’intégrité des cristaux, entraînant la dégradation des PSC et une diminution de leurs performances.

Grâce à cette approche, les scientifiques ont obtenu un rendement certifié de conversion de puissance en régime quasi permanent de 24,09% pour les PSC à structure inverse. Lorsqu’ils ont testé une PSC encapsulée – un dispositif dans une enceinte protectrice – à une température de 85°C, avec une humidité relative de 50% et une illumination solaire de 1 (l’intensité de la lumière du soleil dans des conditions normales de ciel clair à midi), le dispositif a fonctionné à sa production d’énergie maximale pendant un nombre impressionnant de 1560 heures (environ 65 jours) tout en conservant sa fonctionnalité et son efficacité.

Cette découverte représente une contribution majeure à la stabilité des PSC et apporte une solution potentielle pour améliorer leurs performances, leur durabilité et leur fiabilité dans des environnements à haute température, ce qui nous rapproche du déploiement à l’échelle du térawatt de cette technologie photovoltaïque prometteuse.

Illustration / Module solaire en pérovskite avec une surface active de 22,0 cm2 contenant des aniliniums fluorés pour la passivation interfaciale (Crédit : Cheng Liu, Northwestern University)

Références

So Min Park, Mingyang Wei, Jian Xu, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer, Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham, Michael Grätzel, Edward H. Sargent. Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells. Science 14 juillet 2023. DOI: 10.1126/science.adi4107

Auteur: Nik Papageorgiou